叶片纤维布浸胶机的结构设计

张毅莉

(连云港中复连众复合材料集团有限公司,江苏 连云港 222006)

叶片纤维布浸胶机的结构设计

张毅莉

(连云港中复连众复合材料集团有限公司,江苏 连云港 222006)

本文介绍了叶片纤维布浸胶的工艺过程和浸胶机的工作原理，重点分析了收卷辊、皮带涨紧调节器、胶辊安装工装、移动胶槽、挤胶辊调节装置等设计要点和结构，该设备的研制有效地解决了纤维布浸润过程中浸胶不均匀和浸不透的缺陷，经过连众公司多年的实际应用，产品质量稳定。

叶片；纤维布浸渍；浸胶机；结构设计

1 引 言

风力发电被认为是最有希望，能够大规模利用的可再生能源发电项目。作为洁净能源，风力能源的开发利用受到世界各国越来越大的重视。

复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动力部件，直接影响着整个系统的性能，要求其具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性。因此，叶片的设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电机系统的关键技术和技术水平代表。传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中，往往由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等，引发裂纹、断裂和叶片变形等问题。所以，设计制作一台可将纤维布及纤维网纱预浸润树脂的设备是非常必要的。

2 设计分析

预浸料指的是纤维束或纤维布经过树脂浸润后形成的均匀预固化材料，预固化材料可直接用于叶片的制造。预浸料树脂通常粘度较高，要浸润纤维布和纤维网纱，必须先降低树脂粘度,再施加一定的压力，同时还要考虑纤维的浸润性。由于预浸料树脂在室温下通常呈半固态，要得到浸润能力好的低粘度树脂有2种基本方法：添加溶剂法和热熔法，风能叶片用预浸料材料一般采用第二种方法热熔法。

纤维布及纤维网纱的浸胶机(以下简称浸胶机)的工作原理如图1，纤维布从放布卷辊经过过渡辊1，进入浸胶槽，绕过浸胶辊，再经过过渡2后，由收卷辊将浸过树脂的纤维布卷起。

图1 浸胶机原理图

3 设计要点

3.1 收卷辊由气马达带动旋转

因气动马达有体积小，输出扭矩大； 可实现瞬间正反向旋转，即时启动、停止； 适用于在易燃、易爆、高温、潮湿、高粉尘等恶劣的环境下工作；一个简单的气压调节器或旋塞即可实现-无级调速和可变扭矩等特点，因此收卷辊的旋转设计由气动马达驱动。

收卷辊与气动马达由三角带传递转动，由于收卷辊卷绕的纤维布是根据叶片的各个铺层所需的纤维布长度，卷制的每个长度的纤维布需卷成一个卷辊，所以收卷辊的装卸非常频繁，考虑到结构紧凑，拆卸方便，收卷辊轴的安装不可固定安装，要即可灵活转动又能轻松装卸。在这种情况下，设计了由4个托轮将收卷辊的轴托起，且在收卷辊轴的一端安装一个皮带轮可带动其转动，收卷辊轴的另一端可方便安装2个能够锁紧在轴上的涨塞，可以将卷绕浸过胶的纤维布纸筒涨紧，并与轴一同转动；为了保证收卷辊在转动的过程中不作轴向窜动，在收卷辊轴安装皮带轮的一端设计了2个防窜凸台。见图2。

图2 收卷辊

其次，收卷辊的转动是气马达通过三角带的传动带动了涨紧轴转动，每卷制一辊预浸过树脂的纤维布辊，需将收卷辊及轴一同卸下，因此皮带的涨紧也应是快速的松涨及拆装，根据皮带所要涨紧的程度，设计了弹簧插销式皮带涨紧架，可快速将皮带涨紧。图3。

压轮与转动把手安装成一体，压轮压紧皮带，跟随皮带转动，减少皮带磨损；转动把手由一转销将其固定在固定插板上，转动把手带动压轮转动；固定插板安装在主架上；弹簧插销固定在转动把手上，拉起插销可将插销从孔中拔出，转动把手到合适位置(压紧皮带或放松皮带)，松开插销，插销插入孔内，转动把手被固定。

3.2 胶辊安装结构

生产一只叶片大约需要1～2天时间，每次在制作叶片所需的纤维布浸胶之后，需将所有胶辊拆下清理，这样才能保证其表面不会有固化的树脂，因为一但胶辊有固化的树脂，其表面会出现不平整现象，胶辊表面不平整会导致浸润的纤维布所含的树脂量不均匀，直接影响叶片的制作质量。

图3 皮带涨紧调节器

考虑到所有胶辊工作时都要转动和在拆装时的滑动，在所有胶辊的两端设计用尺寸公差控制精确的聚四氟做衬套，保证胶辊安装后的位置精度。为了安装方便，设计了一端是固定轴座，一端是活动插销，安装胶辊时，先把胶辊放到主架上，将一端推入固定轴座里，另一端用一个锥度插销，从主架外插入胶辊中见图4，不仅可以固定胶辊，还可以将胶辊从主架上提起，使得胶辊在工作时不磨损。固定轴安装在轴承座内其外端安装了皮带轮，除浸胶辊以外的所有胶辊均由同一电机减速机用一根环型皮带带动转动，以使得所有胶辊同步转动。

图4 胶辊安装结构

3.3 活动胶槽的确定

为了方便清洗胶槽及拆装浸胶辊，胶槽设计成悬挂式，底座配有四个轮子，可将胶槽轻松移开。每次使用时，将胶槽挂起，让浸胶辊浸入胶槽内，考虑到每次使用结束，应尽量将胶槽内的树脂用光，胶槽底部设计的比浸胶辊不要太宽，胶槽的底部内边缘与浸胶辊之间的间隙不超过20 mm，保证纤维布可将胶槽里的树脂带走。见图5。

图5 活动胶槽

3.4 挤胶辊调整装置

纤维布从胶槽经过之后，上下面均挂满了树脂，这样会造成很大的浪费，为了让纤维布表面的树脂含量均匀，又可以减少浪费，在过渡辊2的上方安装了一个胶辊，用于挤去纤维布上多余的树脂。

在挤胶辊的两端设计了2个调整座，挤胶辊被安装在这调整座上，调整座可以上下调节，带动挤胶辊上下移动，调整挤胶辊与过渡胶辊2之间的间隙来控制纤维布上的含胶量。

设计的调整座包括底座、滑座、弹簧、夹紧螺母，底座上有两根立杆，都具有导向作用，滑座安装在两立杆上，在两根导向杆上各装一个弹簧，弹簧产生的弹力作用在调整座上分别是向下和向上的推力，从而在调整过程中调整座可以平稳上下移动(图6)。

图6 胶辊调整装置

4 整体结构

为了使纤维布在浸润过程中均匀浸透，在过渡辊2两边增加了3个过渡胶辊，使得纤维布带有一定的张力，纤维布在经过有张力的胶辊后，可以大大增加其浸透的程度，使得纤维布浸润树脂更好；另外，在纤维布收卷之前再安装一根有棱边的光滑杆再次对纤维布进行一次刮胶，更好地保证了纤维布的浸润及控制含胶量。

叶片的铺层是由不同长度的纤维布铺设成型，每一个长度的纤维布都需剪断，浸过树脂的纤维布无法测量精确，若先将纤维布测量后再浸胶，会浪费很多时间，因此，设计了一个测量装置，将其安装在放卷辊后的过渡辊上方，在放卷的同时，测量出纤维布的长度，保证了所需的不同长度纤维布。

考虑到每次清洗拆装胶辊时的劳动强度，设计安装了一个单臂旋转可移动的电动葫芦，不仅大大地节约了拆装时间，还降低了工人的劳动强度。见图7。

图7 整体结构图

另外，浸胶的工作室温环境应尽量保持恒定，在冬天寒冷季节，室温较低的情况下，可以在胶槽内增加一加热温控装置，从而保证在纤维布浸润过程中，树脂粘度不变，含胶量相同。

5 结 语

本文所研究的叶片纤维布浸胶机解决了叶片纤维布在制作过程中产生的褶皱、树脂含量不均匀、浸润不透的缺陷问题。该设备在2008年申请了实用新型专利。实践证明，采用该浸胶机后，产品的质量稳定，同时还提高了产品的生产效率，又减轻了工人的劳动强度。

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Blade Structure Design of Fiber Cloth Impregnation Machine

ZHANG Yili

(Lianyungang Zhongfu Lianzhong Composites Group Co.，Ltd.Lianyungang Jiangsu 222006)

This paper introduces the technical process of leaf fiber fabric impregnating and the working principle of impregnation machine. The design method and structure of rewinding roller, belt tension adjustor, installation and disassembling special tooling of rollers, mobile glue groove, squeeze rollers and other related components are mainly discussed. The design of this equipment can effectively avoid the defect of unevenness and impermeability during fiberglass dipping process. The product produced by this machine in our company for a few of years is perfect and stable in quality.

leaf blade；fiber impregnating；impregnation machine；structure design

2014-12-15)

张毅莉(1963-)，女，江苏人，本科，高级工程师。研究方向：复合材料制品的制作设备、模具、工装的开发设计。E-mail：zhangyili@lzfrp.com.